控制器在闭环控制系统中将检测变送环 节传送过来的信息与被控变量的设定值比较 后得到偏差，然后根据偏差按照一定的控制 规律进行运算，最终输出控制信号作用于执 行器上。
•控制器的分类
控制器一般可按能源形式、 信号类型和结构形式进行分 类。
按能源形式： 气动
电动
气动控制仪表
发展较早，其特点是结构简单、 性能稳定、可靠性高、价格便宜， 且在本质上安全防爆，因此广泛 应用于石油、化工等有爆炸危险 的场所。
自动化系统控制器
内容
1 概述 2 基本控制规律 3 模拟式控制器 4 数字式控制器
1 概述
控制器是控制系统的核心。
控制器
扰动
比较
f(t)
广义对象
机构
设定值
e(t)
被控变量
r(t) -
控制装置 u(t)
执行器
过程
q(t)
c(t)
测量值 y(t)
检测元件、变送器
简单控制系统的方块图
1 使被控变量符合生产要求。
控制器输出的变化速度与偏差成正比— —这就是积分控制规律。
积分后得
t
u(t) u(0) KI
e(t)dt
0
由上式可看出，只要有偏差随时间而存 在，控制器输出总是在不断变化，直到 偏差为零时，输出才会稳定在某一数值 上。
• 对于容量滞后较大的过程，当出 现偏差时，其数值已较大，对控制 及生产不利。此时，人们观察偏差 的变化速度即趋势来开启阀门的圈 数，这样可抑制偏差幅度，易于控 制。
蒸汽加热反应釜
• 若在某一静态，温度为85℃，阀 门开度是三圈。这样调节：当温 度高于85℃时，每高出5℃就关一 圈阀门；当低于85℃时，每降低 5℃就开一圈阀门。这样，阀门的 开启度与偏差成比例关系，用数 学公式表示则为：
开启圈数 3 1（y 85） 5
式中y是测量值。
蒸汽加热反应釜
电动控制仪表
相对气动控制仪表出现得较晚，但由于 电动控制仪表在信号的传输、放大、变换处 理，实现远距离监视操作等方面比气动仪表 容易得多，并且容易与计算机等现代化信息 技术工具联用，因此电动控制仪表的发展极 为迅速，应用极为广泛。近年来，电动控制 仪表普遍采取了安全火花防爆措施，解决了 防爆问题，所以在易燃易爆的危险场所也能 使用电动控制仪表。
目前采用的控制器以电动控制器占绝 大多数。
按信号类型： 模拟式 数字式
模拟式控制仪表
传输信号通常是连续变化的模拟量， 其线路较为简单，操作方便，在过程控 制中已经广泛应用。
数字式控制仪表
数字式控制仪表的传输信号通常是断 续变化的数字量，以微型计算机为核心， 其功能完善，性能优越，能够解决模拟式 仪表难以解决的问题。近二十年来数字式 控制仪表不断涌现新品种应用于过程控制 中，以提高控制质量。
按结构形式： 基地式 单元组合式 组装式 集散控制系统
基地式控制仪表
将控制机构与指示、记录机构组 成一体，结构简单，但通用性差， 使用不够灵活，一般仅用于一些 简单控制系统。
单元组合式控制仪表
将整套仪表划分成能独立实现某种功能的若 干单元，各个单元之间用统一标准信号联系。 将各个单元进行不同的组合，可以构成具有 各种功能的控制系统，使用灵活方便。
u(t)
TD
de(t) dt
这就是微分控制规律，控制器的输 出与偏差变化速度成正比。
2.1 双位控制
理想的双位控制器输出与输入偏差之 间的关系为：当测量值大于给定值时， 控制器的输出为最大（或最小），当 测量值小于给定值时，输出值为最小 （或最大）。控制器只有两个输出值， 相应的执行机构只有开和关两个极限 位置。
2 基本控制规律
2.0 基本概念 2.1 双位控制 2.2 连续PID控制算法
2.0 基本概念
过程控制一般是指连续控制系统，控制 器的输出随时间的变化发生连续变化。 不管是何种控制器，都有其基本的控制 规律。
控制规律的定义：是指控制器 的输出信号与输入信号之间的 关系。
控制器的输入信号e(t)：是测量值y(t)与被控
变量的设定值之差 ，即e(t)=y(t)-r(t)；
控制器的输出信号u(t)：是 控制器 送往扰执动 行机构的
控制命令。比 机较 构
设定值
e(t)
f(t)
广义对象
被控变量
r(t) -
控制装置 u(t)
执行器
过程
q(t)
c(t)
控制规律就是控制器的输出信号u(t)随输入
信号e(t)变化的规测y量(t律)值 。 检测元件、变送器
基本控制规律：
双位控制（开关控制）： 比例控制： 积分控制： 微分控制：
以蒸汽加热反应釜为例：设反应温 度为85℃，反应过程是轻微放热的， 还需要从外界补充一些热量。
• 发现温度一低于85℃，就把蒸 汽阀门全开，一高于85℃，就全 关，这种做法称双位控制，阀门 开度只有两个位置，全开或全关。
使供需一直不平衡，温度波动不 可避免，它是一个持续振荡过程。 用双位控制规律来控制反应器温 度，显然控制质量差。
目前使用较多的单元组合式控制器属电 动Ⅲ型，而在一些老装置上电动Ⅱ型控制器 还在使用，气动单元控制器由于控制滞后太 大已经很少使用。
组装式控制仪表
是在单元组合仪表的基础上发展起来的一种 功能分离、结构组件化的成套仪表装置。
集散控制系统
随着计算机技术发展，出现了各种以微处理 器为基础的控制器，在结构、功能、可靠性 等各个方面都使控制器进入一个新阶段。近 二十多年来出现了许多基于集散控制系统或 者现场总线的控制器，它们除了控制功能外， 还具有网络通信等功能，适应信息社会大规 模生产需要。
• 比例操作方式会有余差存在。为了消
除余差，人们这样做：把阀门开启数圈 后，不断观察测量值，若低于85℃，则 慢慢地继续开大阀门；若高于85℃，则 慢慢地把阀门关小，直到温度回到85℃。 这种方式的特点：是按偏差来决定阀门
开启或关闭的速度，而不是直接决定阀 门开启的圈数。
du(t) dt

KI e(t)
比例控制规律模仿上述操作方式，控制器
的输出u(t)与偏差e(t)的对应关系为：
u(t)=u(0)+Kce(t) 式中u(t)是比例控制器的输出；u(0)是偏差 e为零时的控制器输出，e=y-r；Kc是控制 器的比例放大倍数。
比例控制的缺点是在负荷变化时有余差。 例如，在该例子中，如果工况有变动，阀 门开三圈，就不再能使温度保持在85℃。